CN110380238A - 一种同层集成射频内监测线的贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种同层集成射频内监测线的贴片天线，该天线包括贴片阵列天线和幅相监测网络两部分。贴片阵列天线由双层贴片天线单元构成，每个天线单元通过在下层贴片的辐射边侧边进行缝隙耦合馈电；幅相电磁监测网络是在两行贴片阵列天线中间引入一条微带线实现，该微带线与下层的贴片处于同层，且微带线与两行贴片天线单元之间设置带缺口的金属化过孔接地条带以提高电磁隔离度。本发明在实现射频内监测功能的同时具有不增加贴片天线剖面高度，结构简单的优点，可应用于雷达或者通信系统中，特别适用于低剖面的现代数字阵列雷达系统。

Description

一种同层集成射频内监测线的贴片天线
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，涉及了集成射频内监测线的贴片天线。
背景技术
本发明应用于现代数字相控阵雷达系统，现代数字相控阵雷达要求天线模块应具有剖面较低与幅相监测的功能，以更好地与射频链路集成。贴片天线由于剖面较低，电讯性能优异，结构简单等优点成为数字相控阵雷达常用的天线形式之一。若要在贴片天线中实现幅相监测功能，一般采用外监测的方式进行。(外监测一般只用于系统状态监测，不用于幅相监测。)然而外监测易受干扰且监测精度较差等缺陷在工程应用中受到了很大的限制。由于贴片天线其电磁场分布主要集中于地与辐射贴片之间，若要在贴片天线中增加射频内监测线，较容易的方法是在馈电线下方的接地处增开耦合孔，耦合孔下方再增加微带线或带状线的方式实现，然而该方法将增加一层或两层介质板，天线的剖面抬高且加工复杂性增加导致成本提高，如文献(朱烨，DBF雷达系统中射频组件和校正网络的研究，南京理工大学硕士论文，2010年6月)所述。若直接在贴片天线侧边加载微带线的方式实现射频内监测功能，由于微带线本身的辐射效应，导致对贴片天线的电性能影响较大，且由于各行微带线间的互耦较大，其相邻行之间的电磁隔离度很难提升，导致在工程应用中幅度、相位的监测精度受限。
发明内容
针对现有技术方案存在增加射频内监测线引起天线剖面增加的缺陷，本发明的目的是提供一种同层集成射频内监测线的贴片天线，在不增加贴片天线剖面高度的同时实现了对电磁激励信号的幅度、相位内监测功能。
具体的方案如下：
同层集成射频内监测线的贴片天线，包括了贴片阵列天线、幅相监测网络，其中所述贴片阵列天线由双层贴片天线单元构成，每个单元通过在最下层贴片侧边进行缝隙耦合馈电；所述的射频内监测线是在两行贴片阵列天线中间引入的一条微带线，其微带线与下层的贴片处于同层；在微带线与两行贴片天线单元之间设有金属化过孔接地条带，并在每个贴片单元的非辐射边对应的电磁耦合处留有缺口，该缺口大小可以根据电磁耦合度与隔行微带线间的电磁隔离度的要求进行调节优化；所述的内监测线与天线单元之间的金属化过孔接地条带距微带线的距离约为微带线线宽的2.5倍；所述的贴片天线单元根据频带宽度要求可以是单层，也可以是两层以上的多层贴片天线单元形式；所述的射频内监测线与天线单元之间的耦合度频带内在-30dB～-27.5dB之间，隔行间频带内的电磁隔离度在16dB以上。
本发明与现有技术方法相比，其有益效果是：
①本发明中的贴片天线性能受射频内监测线的影响较小，且各行内监测线间的电磁隔离度较高。
②本发明中的射频内监测线与贴片天线处于同层，不增加贴片天线的剖面高度，结构紧凑。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是同层集成射频内监测线贴片天线阵列结构示意图；
图2是贴片天线E面扫描时的有源驻波；
图3是贴片天线H面扫描时的有源驻波；
图4是贴片天线阵中有源方向图E面切面图；
图5是贴片天线阵中有源方向图H面切面图；
图6是射频内监测线隔行的隔离度曲线图；
图7是射频内监测线与天线单元耦合度曲线图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的描述。
本发明一实施例为如图1所示的同层集成射频内监测贴片天线阵列结构示意图，该贴片天线为双层贴片天线，由贴片天线单元(1)、微带线(2)与加载金属化过孔接地条带(3)组成。贴片天线单元(1)起着电磁接收与辐射的作用，馈电时通过同轴激励巴伦，巴伦通过缝隙耦合的方式馈入下层贴片，微带线(2)为射频内监测线，金属化过孔接地条带(3)在电磁耦合处开有缺口，其缺口对应于贴片天线的非辐射边的中间位置。当天线辐射时，其贴片天线单元(1)的电磁能量通过加载金属化接地过孔的金属条带(3)的电磁耦合处开设的缺口耦合至微带线(2)，当天线接收时，微带线(2)将电磁能量耦合至贴片天线单元(1)，从而可以实现对天线发射与接收通道的幅度、相位监测校正。
本实施例中的贴片天线单元(1)为双层贴片天线单元，其中上层为寄生贴片，采用辐射边侧边缝隙耦合馈电的方式进行馈电，采用寄生贴片以及缝隙耦合的措施后，该天线的带宽可以达到10.5％以上。如图1所示的金属化过孔接地条带(3)，其在寄生贴片的非辐射边的中间对应位置开有缺口，该缺口的长度与电磁耦合量以及隔离度的大小相关，当缺口越大时电磁耦合量越大，隔离度越小，因此可以根据应用实际需要优化该缺口的大小。本发明实施例中的电磁监测微带线位于两行贴片阵列中间，其可以对两行的贴片天线进行幅相监测。上行幅相监测时，T/R组件通过幅相监测网络将信号传输给监测组件，下行幅相监测时，监测组件通过幅相监测网络将信号传输给T/R组件，雷达系统将采集的上行监测数据和下行监测数据进行幅相校正系数的计算与修正。
本实施例中的金属化过孔接地条带(3)距离微带线(2)约为2.5倍微带线线宽，该距离通过综合优化微带线阻抗与电磁耦合度确定。
为了获得天线单元的阵中特性，本发明构建了8×8规模的小面阵，面阵中包含了贴片天线单元、内监测线。经对该小面阵进行电磁仿真，得到图2至图7，图2、图3分别是频带内(F1至F5代表频点)阵中天线单元E面、H面扫描时的有源电压驻波，图4、图5分别是频带内天线单元的E面、H面阵中单元方向图，可见天线单元工作频带内无扫描盲点。图6是频带内相邻射频内监测耦合线(微带线(2))之间的隔离度曲线，可以看出频带内相邻内监测耦合线(微带线(2))间的隔离度在15dB以上，可以满足工程精度要求。图7是射频内监测耦合线(微带线(2))与天线单元之间的耦合度，频带内电磁耦合度在-30dB～-27.5dB之间。
本实施例中的微带贴片天线单元采用的是双层贴片的形式，实际应用中可以根据带宽指标选用单层贴片单元或者多层贴片单元形式，其内监测方式与本实施例类似，即在单元的非辐射边旁设置微带线，微带线与天线单元的下层贴片处于同层，微带线与贴片天线单元之间加载金属化接地条带，条带在非辐射边中间的对应位置开有缺口，缺口大小由电磁耦合度与相邻内监测线间的电磁隔离度确定。同样贴片天线单元的馈电形式不限于本实施例中的侧边缝隙耦合馈电的形式，还可以是本领域通用的同轴探针馈电形式，同样微带耦合线位于贴片天线的非辐射边一侧。

Claims (8)

1.一种同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：包括贴片阵列天线、幅相监测网络；所述贴片阵列天线由双层贴片天线单元构成，每个天线单元通过在下层贴片的辐射边侧边进行缝隙耦合馈电；
所述的幅相电磁监测网络是在两行贴片阵列天线中间引入一条微带线实现，该微带线与下层的贴片处于同层；微带线与两行贴片天线单元之间加载有金属化过孔接地条带，该条带在每个贴片单元的非辐射边的中间位置留有缺口。
2.根据权利要求1所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：所述贴片天线为双层贴片形式，其中上层为寄生贴片，采用对下层贴片的辐射边侧边缝隙耦合馈电的方式进行馈电。
3.根据权利要求1所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：所述天线的带宽达10.5％以上。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：所述贴片天线单元可以是单层或两层以上的多层贴片天线单元形式。
5.根据权利要求4所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：所述贴片天线单元的馈电形式可以是同轴探针直接馈电的形式。
6.根据权利要求5所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：在贴片天线中的寄生贴片的非辐射边的中间对应位置的金属化过孔接地条带开有缺口，该缺口的长度与电磁耦合量以及隔离度的大小相关，当缺口越大时电磁耦合量越大，隔离度越小，缺口大小根据应用实际需要调整。
7.根据权利要求6所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：幅相监测网络中的金属化过孔接地条带距离微带线约为2.5倍微带线线宽，该距离通过综合优化微带线阻抗与电磁耦合度确定。
8.根据权利要求7所述的同层集成射频内监测线的贴片天线，其特征在于：频带内内监测耦合线与天线单元之间的电磁耦合度在-30dB～-27.5dB之间。
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